Biyokimya`ya Giriş (sunu)
advertisement
Biyokimya’ya Giriş Prof. Dr. Arif Altıntaş Biyokimya • Yunanca “canlı” anlamındaki “bios” sözcüğünden köken alır • Biyokimya “canlı kimyası” anlamına gelir • Biyokimya canlı varlıkların yapı, oluşum, işlev ve canlılık olaylarını biyomoleküller düzeyinde inceler Inorganik bileşikler Hayat Biyomoleküller • Canlının yapısını oluşturan ve belli ve özgün işlevlere sahip molekül topluluklarına biyomolekül denir (20 aa, 5 baz, α-D glikoz, α-D riboz, yağ asitleri, gliserol ve kolin). Bu moleküllerin her birinin belli ve özgün işlevleri vardır Glikoz • Biyokimya, hücrelerin hangi kimyasal organizasyon prensibine göre kurulduğunu, bir hücre içinde cereyan eden sayısız reaksiyonların aynı zamanda nasıl bir uyum içerisinde olduğunu, hücre bölünmesi ve farklılaşması ile hangi kimyasal olayların ilgili olduğunu inceler • Ayrıca sebebi, metabolizma reaksiyonlarının bozulması veya yetersizliği olan birçok hastalığı da açıklar. • Biyokimya sözcüğünün tarihsel gelişimi : Fizyolojik kimya ⇒ Biyolojik kimya ⇒ Biyokimya 1903) sırasını izlemiştir • Biyokimya; son yıllarda biyofizik ve genetik ile elele vererek yapı ve fonksiyon arasındaki ilişkiyi daha iyi ortaya koyabilen bir alan kurmuştur ki buna “moleküler biyoloji” denir. • Bunun da hastalıklara yönelmiş bir dalına “moleküler patoloji” adı önerilmiştir. Kullandığı yöntemler • Moleküler düzeyde incelemeleri kapsadığı için daha çok dolaylı yollardan yararlanır • Başta kimya, fizik, fiziko-kimya vb birçok molekül ve madde bilimi dallarında türlü bulgulardan yararlanır ve yöntemlerini uygular • Biyokimya ile mikrobiyoloji, farmakoloji-tedavi, genetik, immunoloji, endokrinoloji, beslenme vb öbür biyolojik bilimler ve ayrıca klinik bilimler birbirine doğru gelişmişler, birbiri içine girmişlerdir. • Bu yüzden de, biyokimya için artık bağımsız konular ve kesin bir sınır gösterilemeyeceği ortadadır. Canlı Organizmanın Kuruluş Prensibi • Canlı maddeler cansız moleküllerden kurulur. Bu moleküller ferdi inceleme ve izole edilmeleri sırasında cansız maddenin davranışına etkiyen fizik ve kimya kurallarına uygun hareket ederler. Bununla beraber, canlı organizmalar, cansız maddelerin sahip olmadığı olaganüstü özellikler taşırlar. • Bu spesifik özelliklerin incelenmesi Biyokimya’yı meydana getirir. “Canlı”nın özellikleri 1. 2. 3. 4. Organizasyon Fonksiyon Enerji transferi Replikasyon 1. Canlılar olağanüstü bir şekilde organize olmuş karmaşık yapılara sahiptirler. 2. Canlı bir organizmanın her bileşeni spesifik bir fonksiyona sahiptir. Bu sadece çekirdek ve hücre zarı gibi intrasellüler yapılar için değil aynı zamanda lipid, protein ve nükleik asitler gibi hücrenin ferdi kimyasal yapıları için de geçerlidir. 3. Canlı organizmalar bulundukları ortamdan hareketle enerji üretme ve onu çeşitli şekillere dönüştürme yeteneğine sahiptirler. Bu enerji çok basit maddelerden elde edilir veya kendine özgü yapıların tesisinde yada onların muhafazasın da kullanılır. 4. Canlı organizmaların en olağanüstü karakteristiği kendini yeniden meydana getirme yeteneğine sahip olmalarıdır, şüphesiz bu özellik canlılığın en önemli belirtisidir. Kimyasal katım • Canlı madde yer kabuğunda bulunan 90 kimyasal elementten sadece 27’sine gereksinim duyar. • Organizmanın yapısında, karbon bileşikleri önemli bir yer tutarlar. Bunlar büyük sıklıkla redüklenmiş halde bulunan temel organik bileşiklerdir. • Biyojen karbon bileşikleri karbonun yanında öncelikle H, N ve O’de ihtiva ederler. • Bu 4 element (C, H, O ve N) hücre düzeyinde ağırlığın % 99’unu teşkil eder. • Her organizma türü seçkin protein ve nükleik asit moleküllerinden oluşan bir özel yapıya sahiptir. • Yaklaşık 1.500.000 canlı organizma türü vardır ki bunlar da E.coli ve insan organizmasında olduğu gibi büyük bir karmaşıklık gösterirler. • Böylesine karmaşık yapıların organizasyonunda şaşırtıcı bir şekilde olaganüstü bir hiyerarşi (düzen) mevcuttur. • Ortamda mevcut prekürsörlerden (CO2, H2O ve NH3), amino asitler, nükleotidler, şekerler ve yağ asitlerinin sentezinde yararlanılır. Bu yeni maddelerden biyomoleküller diye bahsedilir. • Bunlar da kendi aralarında kovalan bağlarla bağlanarak değişik makromolekülleri (proteinler, nükleik asitler, polisakkaridler) meydana getirirler. Makromoleküller, hücre organellerinde bir arada bulunan supramoleküler kompleksleri oluşturmak üzere kovalent olmayan bağlarla birleşirler. vvv vv gg Biyomoleküllerin Adaptasyonu • Canlı organizmalar şimdi sahip oldukları organik moleküllerin spesifik tiplerini nasıl seçtiler? • Proteinleri oluşturmak için neden 20 amino asit mevcuttur? Neden sadece 10 tane değil? Neden 40 tane değil? Onların hepsi neden alfa-amino asittir? Betapozisyonunda amino gruplarına sahip amino asitlerle büyük protein moleküllerinin kurulması mümkün değil mi? • Purinlerin ve primidinlerin bilinen 12 çeşidi arasından bütün türlerin DNA’sının başlıca çatısını oluşturmak üzere neden purinler olarak adenin ve guanin ve pirimidinler olarak da sitozin ve timin seçilmişlerdir? ÜST DÜZEYDE VE MÜKEMMEL BİR ORGANİZASYON ⇒ CANLI MADDEDE YER ALAN KİMYASAL ELEMENTLER: Evren başlangıçta sadce H ve He’dan oluşmuştu. Bunların termonükleer reaksiyonlara girmesiyle daha ağır elementler-öncelikle karbon, azot, oksijen, sonra da periyodik cetveldeki diğer elementler oluştu. Bugün evrende, yer kabuğunda ve insan vücudunda bulunan elementlerin karşılaştırılması CANLILAR TEMELDE 4 ELEMENTTEN OLU1URLAR: C, H, O ve N C Sudan geliyorlar ! •Bu elementlerin kovalent bağ oluşturma eğilimi yüksek !! •C-C bağları çok kararlı ! •C, tek, çift ve üç bağ yapabiliyor. Ancak canlılık sadece bu 4 elementin üzerine kurulu değildir. Organizmalar için gerekli başka elementler de vardır: Kovalent bağ oluşturabilirler. P, enerji metabolizmasında önemli rol oynar, nükleik asitlerin yapısında yer alır. S, proteinlerin önemli bir bileşenidir. Çoğu metal (bazıları katalize yardım eder) Canlılıkla ilgili süreçler çok karmaşık ! Bu nedenle bu süreçlerde yer alan moleküllerin çoğu, oldukça büyük ve karmaşık bir yapıya sahip ! Örneğin, bir insan kromozomunda yer alan DNA moleküllerini düşünelim: Herbirinin molekül ağırlığı ∼ 20 milyar Da, uzunluğu ∼ 2 m’dir. Proteinler genelde daha küçüktür (ortalama kütle 50.000 Da), ancak yapı daha karmaşıktır. İmmünoglobulin Mw ~ 150.000 Da (özdeş iki alt birimden oluşur) Hücrenin kuru kütlesinin büyük bir kısmını dev moleküller, yani MAKROMOLEKÜLLER oluşturur. Bu moleküller MONOMERLER’den oluşan POLİMERLER’dir. Bitkilerde hücre duvarının an bileşeni olan selüloz binlerce glukozun birbirine bağlanmasıyla oluşmuş bir POLİSAKKARİTTİR ! İki glukoz molekülü arasından bir molekül suyun ayrılmasıyla oluşan bağ, binlerce glukoz molekülü arasında da oluşur. Yapıda yer alan her bir glukoza GLUKOZ KALINTISI (BAKİYESİ) denir. Bu polimeri oluşturan monomerler aynı tipte olduğundan bu polimere HOMOPOLİMER adı verilir. Buna karşın pek çok polisakkarit, tüm nükleik asitler ve proteinler HETEROPOLİMER’dir, yani farklı tipte monomerlerden oluşurlar. Örneğin, nükleik asitler 4 çeşit nükleotidin polimerleridirler. Bu nedenle POLİNÜKLEOTİTLER de denir. DNA’da yer alan nükleotit kalıntılarından biri (deoksiadenozin monofosfat) Proteinler 22 çeşit amino asitten oluşan polimerlerdir. Amino asitler peptit bağı ile birbirine bağlandığından, protein zincirlerine POLİPEPTİTLER de denir. (amino asit sayısı 10’nun üzerine çıktığında, genelde protein olarak adlandırılır.) Proteinlerde yer alan amino asit kalıntılarından biri: tirozin POLİMERLER HÜCRENİN YAPISAL VE İPLEVSEL MAKİNESİNİN BÜYÜK BİR BÖLÜMÜNÜ OLUPTURURLAR: Polisakkaritler Yapısal bileşenler olarak (ör. Selüloz) Biyolojik enerji deposu olarak (ör.Nişasta) DNA & RNA Proteinler Biyolojik bilginin saklanması, aktarımı ve anlatımında görev alırlar. Çeşitlilik açısından en zengin makromolekül grubu. Dolayısıyla biyolojik fonksiyonları da çok çeşitli! Proteinlerin biyolojik fonksiyonlarına göre sınıflandırılması Sınıf Örnekler Enzimler Ribonükleaz, tripsin, üreaz Depo proteinleri Kazein (süt), gliadin (buğday), ovalbumin (yumurta) Transport proteinleri Hemoglobin, miyoglobin, serum albumin Kontraktil proteinler Aktin, miyosin Koruyucu proteinler Antikorlar, fibrinojen, trombin (kan) Toksinler Yılan zehiri, risin (tohum) Hormonlar İnsulin, somatotropin Yapısal proteinler Keratin, kollajen, elastin Hücre için önemli bir başka molekül grubu da LİPİTLERdir. Hidrokarbon bakımından zengin bu moleküller, hücrenin sulu ortamında çözünmezler. Bu nedenle de hücredeki en önemli işlevleri mmbranların yapısal bileşeni olmalarıdır. Biyokimyacılarla biyologların çalıştıkları objelerin büyüklük açısından karşılaştırılması. Yapıları gözlemleyebilmek için kullanılan farklı yöntemler okların içinde gösterilmiştir. Belli bir hacmi küçük ve daha küçük elementlere ayıracak olursak, yüzey/hacim oranı oldukça belirgin biçimde artar. Böylece küçük objeler, büyüklere göre daha büyük bir yüzey/hacim oranına sahiptirler ve çevreleriyle daha iyi etkileşim kurarlar.
